[发明专利]一种无线传感器网络中基于退避机制的大规模自组网方法

说明书

本发明请求保护一种无线传感器网络中基于退避机制的大规模自组网方法，在入网过程中，网内节点在收到邻居节点组网消息后，通过组网报文在传输过程中的链路质量以及通信开销，计算出自己的退避时间。如果在该退避时间内没有收到其它节点广播的组网消息，则把发送该报文的节点设为自己的父节点，否则重新计算自己的退避时间并选择最短的退避时间作为自己新的退避时间。网内所有节点按照上述组网方式，形成大规模自组网络。本发明中将链路通信开销与退避时间结合到一起，能够根据实际应用环境中链路质量、报文传输过程中的信号强度来动态调整退避系数的大小，从而优化网络结构，达到节能的效果。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术应用领域。具体为一种适用于无线传感器网络大规模组网方法。

背景技术

无线传感器网络因其广阔的应用前景而越来越受到人们的关注，但是由于其受限的资源、无安全保障的工作环境和低成本要求等原因一直是学术界研究的热点。在无线传感器网络中，传感器节点一般部署在没有网络基础设施架构的环境中，比如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或者随意放置到人不可达到或危险的区域。在这样的情况下，就要求传感器节点具有自组织能力，并且能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动转发检测数据的多跳无线网络系统。

对于无线的自组织传感器网络而言，网络的大规模组网具有特别重要的意义。结合网络的拓扑控制，自动生成良好的网络拓扑，能够提高路由协议和MAC协议的效率，还能够组建成大规模的节点系统，为系统的应用扩展打下基础，同时也有利于节省节点的能量来延长网络的生存期，研究大规模的组网技术是传感器网络研究的核心技术之一。

无线自组网络的节点在抛撒之后，如何根据一定的规则组成大规模网络是组网技术的重要问题。组网的算法性能直接决定了网络路由算法的设计和性能，也将直接影响网络每个节点的电能消耗，节点寿命和网络寿命。同时，由于无线传感器网络往往部署在室外环境比较恶劣的地方，要收到高山、建筑物、障碍物等地形地貌以及其他恶劣天气等自然条件的影响。这样一方面可能造成传感器之间的通信部可靠，另一方面可能使传感器出现故障、甚至损坏。

在无线网络中，随着节点间无线信道的竞争、共享而产生的信号碰撞、信号衰减、噪音干扰及信道干扰等因素，会使节点组网后的实际有效带宽小于理论值。节点间通信协议的设计必须充分考虑以上建立链路、使用信道的开销代价，因此带来了一定程度的复杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决无线传感器大规模网络中存在的能耗、负载不均衡、路由环路等问题，提出了一种基于退避机制的最小生成树算法，通过拓扑控制简化网络结构，减少信道碰撞、节省了能量，提高网络吞吐量和空间重用性，并且能够通过动态调整初始退避调整系数R的值来优化网络结构，达到节能的效果。本发明的技术方案如下：一种无线传感器网络中基于退避机制的大规模自组网方法，其包括以下步骤：

101、预配置阶段：系统进行初始化，基站为网内所有入网节点预配置初始退避调整系数R；同时，基站设置自身的通信开销为LN，网内其它入网节点的通信开销为无穷大；

102、组网阶段：(1)基站广播组网消息，组网消息包括节点的ID信息和自身的存储的通信开销字段；

(2)基站的邻居节点收到组网消息后，依据该组网消息传输过程中的信号强度S和链路质量Q，计算链路通信开销M；

(3)邻居节点依据预配置调整系数R和评估的链路通信开销参数M，利用公式T＝R×M，计算邻居节点需要进行的退避时间T；

(4)邻居节点依据退避时间T执行退避，如在退避时间内收到其他邻居节点的组网消息，便会重新依据新的组网消息执行步骤(2)和(3)，计算新退避时间，并比较新退避时间与原退避时间的大小，若新退避时间大于等于原退避时间，则进行退避时间的更新，继续沿着原退避时间进行退避，执行步骤(4)，反之，则更新退避时间为新的退避时间，执行步骤(4)；若在退避时间结束后，没有收到新的组网消息，邻居节点执行步骤(5)；